基于Markov过程的导航系统星座可用性分析

卫星导航系统星座可用性分析面临准确性和快速性的矛盾。论文在研究全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）星座可用性分析需求的基础上,系统地定义了导航系统可用性的基本概念,给出了基于分系统部件失效计算导航星座可用性的方法,提出了基于Markov过程的单星可用度算法,建立了基于星座状态概率的服务可用性计算模型,并结合导航基本原理模型得到了导航星座的可用性。最后,基于此方法针对北斗区域卫星导航系统相关数据对其星座可用性进行了仿真和实验分析。结果表明,本文所提方法和模型能够满足卫星导航系统星座可用性分析的特殊需求。     

GPS可用性建模与仿真

在考虑地球遮挡、导航信号自由空间衰减、导航卫星转发天线波束对地张角、接收机遮蔽角及大气层衰减等因素的影响下,对GPS导航星的空间可见性和信号的可用性进行了分析.分别给出了具体的GPS导航星空间可见性分析模型、接收机遮蔽角约束、信号衰减模型和GPS可用性分析判据,并结合典型应用背景对GPS导航的空间可用性进行了仿真分析.所采用的分析模型、方法及仿真结论对GPS在空间任务中的应用有一定的参考价值.     

北斗卫星导航系统效能综合建模与分析研究EI北大核心CSCDCSSCI

针对卫星导航系统效能要素多样、作用关系复杂的特点,构建了基于质量特性视角的导航系统效能指标体系,研究提出一种综合考虑空间信号精度、卫星平均中断间隔时间、卫星在轨测试时间、运载火箭可靠性、星间逻辑关系等要素的导航系统效能集成分析方法.该方法采用广义随机Petri网构建导航单星可用性模型,考虑随机故障和耗损故障构建导航单星可靠性模型,采用应力-强度分析构建导航单星能力模型,综合星间逻辑关系并运用动态贝叶斯网络开展导航系统效能建模与分析.北斗卫星导航系统仿真算例验证了方法的有效性和可行性,并对其他卫星系统效能分析具有一定的参考价值.     

卫星星座导航数学仿真系统及其关键技术研究

为了研究卫星导航系统的星座覆盖性能,信号链路、时间系统等关键技术和性能指标,有必要建立导航星座仿真系统,完成导航星座系统在各种模式下的工作状态模拟并对其结果进行分析和评估.论述了基于高层体系结构(HLA)仿真平台下的卫星星座导航数学仿真系统的总体设计,介绍了卫星导航星座分系统以及仿真支撑环境的功能.在此基础上,分别对仿真时间的推进策略、数据分发管理、仿真时间同步以及卫星轨道确定等关键技术进行了分析与研究.试验结果表明,本文设计的仿真系统及采用的若干关键技术,能够很好的满足仿真与评估的需求,对我国北斗卫星导航系统的研制具有重要的参考价值.     

基于卫星可靠度和MTTR星座空间备份策略设计

基于卫星可靠度建立了星座系统可靠度模型,分析了星座构型、卫星的可靠度、备份卫星数目对星座系统可靠度的影响。通过分析备份卫星的可用性、卫星的固有可用度,提出了备份卫星轨道设计约束条件。基于平均修复时间建立了备份卫星重构控制模型,分析了备份卫星数目、备份卫星轨道、平均修复时间对备份卫星重构控制平均特征速度的影响。最后针对卫星星座对系统可靠度和平均修复时间的需求,提出了一套备份卫星子星座构型优化设计方法并给出了设计实例。     

GNSS兼容性软件设计与仿真分析

随着各国全球和区域卫星导航系统的建设或现代化升级,越来越多的信号占用拥挤的导航频段,卫星导航系统间的兼容性问题日益突出。在建立高精度的空间段、用户段、环境段与干扰模型的基础上,提出了一种GNSS兼容性分析的软件实现方法,给出了基于Matlab平台的GNSS兼容性软件的体系架构,详细描述了各主要模块的功能与实现方法。最后,仿真分析了Compass、GPS和Galileo三大导航系统在L1频段内的兼容性,得出GPS L1C/A信号是最主要的系统内干扰,最大为3.71dB,且GPS对其它系统的干扰均较大,约为2dB,Galileo对其它系统的干扰较小,不超过0.6dB。     

基于Petri网的导航卫星星座备份策略分析评估方法

针对北斗三号系统中轨道Walker导航星座的备份策略问题,提出基于随机时间Petri网(stochastic timed Petri net, STPN)的分析评估方法。通过构建单星、轨道面和导航星座的3层STPN模型,分析不同备份策略下星座运行的逻辑行为特性和操作事件的时序关系。建立导航星座的可用性模型和运行成本模型,作为导航星座备份策略的评估指标。最后,利用蒙特卡罗方法对所提出的分析模型的准确性进行评估,并在满足可用性的前提下以成本最小为标准，获得星座在不同条件下的最优备份策略。结果表明,该方法能有效分析不同备份策略对星座运行参数的影响,可为导航星座备份策略设计优化提供量化依据。     

基于星敏感器的星座自主导航融合技术研究

为解决单纯基于星间观测的星座自主导航系统的基准秩亏问题,利用星敏感器间接敏感地平的导航方法提出了一种基于星敏感器的星座自主导航信息融合技术。该技术可以有效地将星光折射和星间观测两种方法结合起来,利用星光折射提供星座中成员卫星的绝对位置信息,给出星座的空间基准,再利用星间相对观测,约束星座的几何结构,提高星座的整体的导航精度。     

导航系统服务性能仿真中的模型集成研究

服务段仿真(Service Volume Simulation,SVS)主要用于导航系统服务性能的分析与评估,是导航仿真系统的重要组成部分.在分析了导航系统SVS的特点后,建立了导航系统服务性能分析模型之间的数据流关系,采用SMP2.0(Simulation Model Portability)的基于组件的模型设计方法,提出了面向SVS的仿真模型框架,并基于此框架和SMP2.0的集成方法进行了导航系统SVS的模型设计、开发和集成.该框架包含空间段、环境段、用户段以及分析记录等模型、接口和组件,并通过面向导航系统的SVS仿真应用环境检验了该框架的合理性和可移植性.     

捷联惯性/多卫星系统组合导航技术研究

从提高导航系统性能出发,阐述了多卫星系统,卫星系统完整性和最佳定位卫星组合的选择等问题,研究了基于伪距、伪距率的SINS/卫星组合导航的模型,并对SINS/GPS/GLONASS/GALILEO/BD组合系统进行了仿真。通过与SINS/GPS组合系统仿真结果对比表明,SINS/多卫星系统组合对导航系统性能具有更好地提升作用,且对于提高导航系统的可靠性、安全性有较大帮助。     

全球导航卫星系统的星座可见性研究

在GPS和GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)的应用研究中 ,为保证系统正常工作 ,导航星座应满足一定的可见性要求。因此 ,首先对提出的最小可见性要求进行了原理性阐述 ;之后 ,基于卫星对地面的覆盖特性 ,给出了导航卫星的可见性定义 ,并推导了一种可见性判据 ;最后 ,针对一种通用的全球导航卫星系统星座 ,用仿真的方法给出了地面和某一海拔高度对该星座的可见性结果 ,确定了海拔高度同星座中可见卫星数目之间的关系 ,从而为全球导航卫星系统在外层空间的应用设计提供了依据。     

基于抗差UD分解滤波的导航星座整网定轨方法

针对我国导航星座的自主定轨问题,提出基于抗差UD(upper triangular matrix diagonal matrix)分解滤波的导航星座整网定轨方法。该方法对卫星轨道参数进行整网估计,通过对所有观测资料加权以避免观测粗差的影响,并利用UD分解算法来避免对协方差矩阵的直接求逆而导致的计算机舍入误差过大从而滤波发散。推导了整网定轨的数学模型,给出了抗差UD分解滤波的详细步骤。通过性能分析和仿真计算表明了该方法的可行性与有效性。     

GPS/SINS全组合系统确定SAR卫星的轨道和姿态

GPS/SINS组合系统因其多方面的优越性而在许多导航系统中使用。不过 ,利用GPS接收机的伪距、伪距率和载波相位双差等所有原始观测信息的全组合系统还处于研究之中。针对全组合系统进行了研究 ,建立了相应的误差模型和系统观测模型 ,特别是组合系统下的GPS载波相位双差观测模型。并以高分辨率SAR小卫星的轨道和姿态确定为仿真对象 ,对该系统进行了计算机仿真。仿真结果表明 ,GPS/SINS全组合系统具有很高的精度和可靠性 ,基本上能满足SAR卫星平台的任务要求     

提高导航星座自主性的分布式仿真系统研究

为了提高导航星座的自主性,有必要研究导航系统的自主导航能力。基于HLA建立了分布式的导航星座自主导航仿真系统。介绍了系统的组成以及各部分之间的关系,详细描述了系统中主要部分的实现技术,提出了导航星座自主定轨以及自主守时的主要算法,并对算法进行了仿真验证。仿真系统运行稳定,能对各种导航星座自主导航能力进行评价。计算结果表明提出的自主定轨算法和自主守时算法能够满足导航星座自主导航的基本要求。     

Galileo系统性能分析与仿真计算

欧洲新一代卫星导航系统一Galileo系统正在如期建设之中，其中系统的可见性和可用性是其建成并投入使用后性能的重要指标。在研究Galileo系统不同测站可见卫星数、卫星的糟度因子和系统完好性算法的基础上，通过仿真分析，比较了Galileo和GPS系统性能的异同，为Galileo系统未来的应用奠定了基础。     

面向导航系统性能仿真的可移植性框架

导航系统性能仿真面临多领域模型集成和分析的困难.研究了仿真模型可移植性(simulation modelportability, SMP2.0)规范,分析了卫星导航系统仿真的基本特点和需求,提出了卫星导航性能仿真的可移植性框架,建立了基于SMP2.0的导航仿真应用架构.该架构包含导航系统模型设计、开发、集成、运行和试验...     

一种更精确的多模GNSS兼容性方法研究

传统的卫星导航系统的多系统兼容性分析方法只适用于分析长码、码速率高和数据速率高的信号兼容性。通过推导信号模型,讨论了信号参数对干扰系数的影响,提出了一种更精确的多模全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）系统兼容性分析方法。该方法加入了多普勒的影响,并且考虑了与期望信号同频段内的所有卫星导航信号,适用于任意伪码结构、数据结构的卫星导航信号兼容性分析。最后通过仿真GPS系统内干扰与系统间干扰验证了方法的正确性,并得出Galileo 在E1采用的MBOC信号对GPS C/A信号产生的干扰在0.1 dB以内。